花岗岩是大陆地壳的重要岩石组成成分，对研究大陆地壳形成和演化过程具有重要意义。西准噶尔地区是典型的古生代洋内弧，是中亚造山带发育规模最大、最年轻的地壳增长区，出露大量极度亏损Sr–Nd–Hf 同位素特征的花岗岩。目前对其岩浆源区仍存在争议：如玄武质下地壳、蚀变洋壳和风化的表壳岩等。上述源区均可形成亏损同位素特征的花岗岩，但不同成因可能对应不同的地壳演化和成熟过程，其动力学机制也可能存在较大差异。因此，西准噶尔地区古生代花岗岩的源区组成和形成机制是急需解决的关键科学问题。
图1 新疆西准噶尔区域地质简图和采样位置
针对上述科学问题，中国地质科学院地质研究所尹继元博士及其合作者对西准噶尔南部花岗岩开展了详细的岩石学、全岩地球化学和锆石Hf-O 同位素研究。
西准噶尔晚石炭世花岗岩包含铁黑云母和绿钙闪石，为典型的碱性花岗岩（图1）。它们不仅具有亏损Hf-Nd同位素组成和年轻的Hf模式年龄，还有高的氧同位素特征（δ18Ozrn=7.2‰-11.9‰），暗示其源区包含有年轻的、风化沉积物（图2a和b）。稀土和Hf-O同位素模拟显示，这些年轻沉积物的含量可达50%（图3a和b），表明年轻沉积物在碱性花岗岩形成过程中扮演着重要的角色。
西准噶尔南部330-311 Ma的侵入岩主要为辉长岩和闪长岩，具有相对低的氧同位素组分（4.5‰-6.9‰），源区为底侵的地幔分异物或者未蚀变的洋壳（图2b）。311 Ma之后的侵入岩主要为碱性花岗岩，具有高的氧同位素值（7.2‰-11.9‰）（图2b）。这种氧同位素组成的突变可能暗示源区组分发生了显著地改变（图2b）。因为早期大量的沉积物随板片俯冲到深部，它们相对于上地幔具有正浮力，因此上升至弧壳底部。在311 Ma后，西准噶尔地区发生洋脊俯冲事件，促使沉积物广泛熔融，其熔体上升过程中与中地壳熔体混合形成碱性花岗岩。这些年轻沉积物的重熔促进洋内弧地壳从基性到酸性的转变，导致洋弧地壳成熟成大陆地壳。
图2 西准噶尔地区花岗岩的年龄与Hf-O同位素关系图
图3 西准噶尔地区花岗岩的全岩稀土和锆石Hf-O同位素模拟估算图
锆石Hf-O同位素组成能有效识别碱性花岗岩源区中的年轻表壳岩组分，从而示踪表壳物质的再循环。而洋内弧年轻沉积物的循环与重熔可促进洋弧地壳成熟，这一研究为揭示大洋弧向大陆地壳转变过程提供了新的启示。
本研究得到国家重点研发计划项目（2019YFA0708601和2017YFC0601206）和国家自然科学基金（41888101, 41873060和41830216）等项目联合资助。成果发表于国际权威学术刊物Geological Society of America Bulletin：Yin J.Y*., Xiao, W.J., Spencer, C.J.., Sun, M., Chen, W., Huang, H.Q., Yuan, C., Zhang, Y.Y., Tao, Z.L., Huang, H., Xia, X.P., 2020. The role and significance of juvenile sediments in the formation of A-type granites, West Junggar oceanic arc (NW China): zircon Hf-O isotopic perspectives. GSA Bulletin, doi.org/10.1130/B35790.1. ）
原文链接：https://doi.org/10.1130/B35790.1
